WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

По методике были получены изотермы сорбции газов ОПЗАВ: аммиака, диоксида серы и сероводорода. Данные изотермы являются градуировочными характеристиками данных ПАВ-датчиков для количественного определения концентраций газов ОПЗАВ в воздухе нормального воздушного состава. Величины коэффициента “А” в линейных уравнениях являются по определению величинами чувствительности данных датчиков, а величина среднего квадратичного отклонения в величине “А”, полученная по методу наименьших квадратов, служит мерой погрешности или воспроизводимости величины чувствительности (Табл 1). В общем, чувствительность ПАВ-датчика с покрытием на основе ПДМС больше в несколько раз величины чувствительности ПАВ-датчика с покрытием на основе ПАМА.

Различие в коэффициентах А уравнений, аппроксимирующих градуировочные графики ПАВ-сенсора, позволяет в дальнейшем использовать их в качестве основы для мультисенсорной системы мониторинга атмосферного воздуха.

Разработана методика измерений, подана заявка на патент на «Способ и устройство мультисенсорного детектирования основных приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха».

В третьей главе описываются результаты, полученные в режиме напусков без чувствительного покрытия в вакууме и в динамическом режиме напуска газов и газовых смесей, и дается их обсуждение.

На рис. 4 представлена типичная зависимость изменения ПАВ-частоты от давления газов. Как и ожидалось из теории газовой нагрузки, эти зависимости хорошо описываются линейными функциями (табл.1). ПАВ-частота для всех исследованных газов, за исключением сверхлегких гелия и водорода, для которых наблюдался аномальный с точки зрения теории газовой нагрузки ход зависимостей, снижается по мере увеличения давления. По определению за величину чувствительности ПАВ-сенсорного элемента принята величина первой производной d(F, Гц) по d(P, Па), которая является параметром Af линейного уравнения: (F, Гц) = Af (P, Па) + Bf и выражается в единицах Гц/Па. Данные табл.2 показывают, что величина параметра Af в общем для всех исследованных газов, рассчитанная из данных, полученных в режиме вакуумирования (“обратная зависимость”) несколько больше аналогичной величины, полученной в режиме напуска газов в вакуум (“прямая зависимость”). Согласно теории ПАВ-Рэлея, которая распространяется по поверхности монокристалла кварца в пространстве между ВШП, имеет две волновые компоненты: так называемые продольные и вертикальные сдвиговые; продольная компонента рэлеевской волны характеризуется перемещением частиц, в данном случае атомов, из которых состоит монокристалл кварца, перпендикулярно поверхности, вызывающим изменения плотности в окружающей кристалл среде с последующим распространением упругой волны в окружающую среду. Считается, что упругая волна, которая распространяется со скоростью ниже рэлеевской и является основной причиной потерь, вызванных эффектом газовой нагрузки.

Таблица 2. Параметры линейного уравнения, описывающего изменение ПАВ-частоты от давления различных газов: (F, Гц) = Af (P, Па) + Bf

Газ

Прямая зависимость

(Напуск в вакуум)

Обратная зависимость

(Ступенчатое вакуумирование)

-Af 103 (Гц/Па)

Bf

(Гц)

R

Af 103

(Гц/Па)

Bf

(Гц)

R

1

Аргон

2.608 ± 0.057

-5 ± 3

0.998

2.716 ± 0.065

260 ± 3

0.999

2

CO

2.12 ± 0.12

40 ± 7

0.992

3.23 ± 0.23

280 ± 11

0.988

3

Кислород

2.277 ± 0.065

8 ± 4

0.997

3.080 ± 0.074

292 ± 4

0.998

4

Азот

1.545 ± 0.068

15 ± 4

0.995

2.828 ± 0.090

257 ± 4

0.997

5

Воздух

1.84 ± 0.10

15 ± 6

0.992

3.55 ± 0.12

318 ± 6

0.997

6

CO2

3.03 ± 0.14

32 ± 9

0.994

4.25 ± 0.11

410 ± 5

0.998

7

Метан

1.52 ± 0.05

0.6 ± 1.6

0.999

2.22 ± 0.11

96 ± 3

0.997

8

Этан

4.29 ± 0.19

43 ± 11

0.994

5.303 ± 0.083

547 ± 4

0.999

9

Пропан

14.2 ± 2.2

19 ± 40

0.992

17.66 ± 0.47

424 ± 8

0.999

10

Изобутан

25.00 ± 0.83

307 ± 53

0.996

28.05 ± 0.83

3000 ± 49

0.997

Рассмотрение зависимостей величины чувствительности (Af) от параметров углеводородных газов дает очень интересный результат; как видно из данных табл.2 и рис.5 наблюдаются зависимости величины сенсорной чувствительности от физических параметров газов, которые прекрасно описываются сразу несколькими функциями. А для трех углеводородов за исключением метана, наблюдается линейная зависимость величины чувствительности от Мm и других физических параметров углеводородов. Отметим, что молекулы этана, пропана и изобутана в отличие от молекулы метана, которая высокосимметрична, обладают низкой симметрией. Эти многоатомные молекулы имеют много дополнительных по сравнению с метаном степеней свободы для рассеивания энергии на вращениях групп атомов относительно друг с другом, причем, чем длиннее углеводородная цепь, тем больше эта возможность рассеивания энергии. Поэтому, чем длиннее углеводород, тем при прочих равных условиях больше потери на рассеяние энергии акустической волны, которая генерируется поверхностью кварца и распространяется в газе, что и находит свое отражение в том факте, что величина чувствительности ПАВ-сенсорного элемента растет с увеличением длины цепи углеводорода – величина Af возрастает (рис. 5).

Интересно было попытаться скоррелировать величину чувствительности ПАВ-сенсорного элемента к давлению газов (Af) с некоторыми параметрами газов: Мm, плотностью (, кг/м3), вязкостью (, Па с). Исходя из соотношения, приведенного в теории Артца для корреляции были взяты также: величины скорости звука в индивидуальных газах и воздухе, а также величина ( Mm)1/2, где - это отношение величин удельных теплоемкостей газов при постоянном давлении и при постоянном объеме (коэффициент Пуассона). Так как известно, что скорость звука в газах определяется соотношением: (RT/Mm)1/2, то для корреляции были взяты также величины (/Mm)1/2. Мы попытались скоррелировать величину ПАВ-сенсорной чувствительности к давлению газов (Af) с одним из вышеперечисленных параметров этих газов с помощью одной их 16-ти функций, наиболее широко употребляемых в физике и физико-химическом анализе. Анализ показал, что общей корреляции величины Af с параметрами всех исследованных газов не наблюдается. Это указывает на сложный характер зависимости изменения ПАВ-частоты от давления газов различной химической природы, что согласуется с теоретическими представлениями о сложном характере эффекта газовой нагрузки. По-видимому, в качестве такой зависимости должна быть использована многопараметрическая функция, которая будет выражать зависимость величины ПАВ-сенсорной чувствительности от нескольких физических параметров газов одновременно, например: плотности, вязкости, скорости звука в газе и т.д. Для неорганических газов (всего шесть кроме углеводородов) при корреляции с Мm и не получено аппроксимации с удовлетворительным коэффициентом корреляции: R всегда хуже величины 0.9; для величины вязкости получена корреляция по степенной функции: Af = 4.8 10-4 + 663205 -4 с R = 0.94.

Получены зависимости изменения ПАВ-частоты от абсолютного давления в вакууме метана, пропана, воздуха и смесей метан/воздух и пропан/воздух от 0 до 100% объемных. Оказалось, что зависимости изменения ПАВ-частоты от давления смесей как и в случае индивидуальных газов хорошо описываются линейными функциями: (F, Гц) = Af (P, Па) + Bf. (рис.6). Физические параметры смесей метана с воздухом удовлетворительно коррелируют с величиной Af по линейным уравнениям с R около 0.99. Из зависимости величины Af от процентного состава смеси с учетом 3S-критерия рассчитан предел обнаружения (ПрО) метана – (15.0 ± 6.6) %. Для случая прямого процесса измерения величина Af достаточно хорошо коррелирует с усредненной M.m. и , несколько хуже с процентным составом смеси. Величина прекрасно коррелирует с величиной Af (Гц/Па) по степенной зависимости: (прямой процесс) -Af 103(Гц/Па) = (642.4 ± 1.2) []-(1.968 ± 0.080) (мкПа с) R = 0.996; (обратный процесс) -Af 103(Гц/Па) = (377.4 ± 1.1) []-(1.634 ± 0.045) (мкПа с) R = 0.998.

ПрО пропана, рассчитанный для прямого и обратного процессов измерения составил соответственно (18.5 ± 8.1) % и (12.4 ± 5.0) %.

В четвертой главе описывается разработка конструкции ПАВ сенсорного датчика течеискателя фреона-134а

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»